甲醇制氫生產(chǎn)裝置計(jì)算書說明書

1、.甲醇制氫裝置計(jì)算書說明書目錄前言-設(shè)計(jì)任務(wù)書-第一章 流程設(shè)計(jì)-1.1物料平衡1.2卡路里平衡第二章設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算與選型-過熱器-第三章機(jī)器選型-3.1計(jì)量泵的選擇3.2離心泵的選擇第四章設(shè)備布局設(shè)計(jì)-4.1設(shè)備布置圖4.2主要設(shè)備尺寸第五章 管路布置設(shè)計(jì)-5.1試管選擇5.2主要管道工藝參數(shù)匯總表5.3管道上閥門的選擇5.4管件的選擇5.5管道布局5.6管道空視圖5.7法蘭選擇5.8氣缸絕緣材料清單5.9管道和儀表流程圖第六章自動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)-第七章 工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)-7.1甲醇制氫裝置投資估算7.2 總成本估算與分析7.3 甲醇制氫項(xiàng)目財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)第 8 章 數(shù)據(jù)檢查-課程設(shè)計(jì)總結(jié)-參考文獻(xiàn)前

2、言氫氣是一種重要的工業(yè)產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于石油、化工、建材、冶金、電子、醫(yī)藥、電力、輕工、氣象、交通等工業(yè)部門和服務(wù)部門。對(duì)所含雜質(zhì)的純度、種類和含量也有不同的要求。近年來，隨著我國(guó)改革開放的進(jìn)程，隨著大量高精度產(chǎn)品的生產(chǎn)，對(duì)高純氫的需求逐漸擴(kuò)大。碳?xì)浠衔镎羝D(zhuǎn)化為氫氣是世界上最常見的制氫方法。由巴登苯胺公司發(fā)明和使用，由英國(guó)ICI公司率先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。該制氫方法的工作壓力為2.0-4.0MPa，原料適用于干點(diǎn)低于215.6的天然氣制石腦油。近年來，由于重整制氫爐的種類不斷改進(jìn)。隨著重整氣凈化工藝的不斷更新，烴蒸汽重整制氫工藝已成為最經(jīng)濟(jì)可靠的制氫方式。甲醇蒸汽重整制氫技術(shù)顯示出非常好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指

3、標(biāo)，引起了許多國(guó)家的關(guān)注。它具有以下特點(diǎn)：1、與大規(guī)模天然氣、輕油蒸汽轉(zhuǎn)化制氫或水煤氣制氫相比，投資少，能耗低。2、與電解水制氫相比，單位制氫成本更低。3、所用原料甲醇易得，運(yùn)輸、儲(chǔ)存方便。此外，由于所用原料甲醇純度高，無需提純處理，反應(yīng)條件溫和，工藝簡(jiǎn)單，易于操作。4、可制成組裝式或移動(dòng)式裝置，操作方便，攜帶靈活。第一章工藝設(shè)計(jì)1.1.1甲醇制氫物質(zhì)平衡。(1) 依據(jù)甲醇蒸氣重整反應(yīng)方程式：CH3OH CO + 2H2CO + H2O CO2 + H2CH3OHF分解成CO，轉(zhuǎn)化率99%，CO轉(zhuǎn)化率99*，反應(yīng)溫度280，反應(yīng)壓力1.5MPa，醇水比1:1.5（mol） .(2) 喂料量的計(jì)

4、算轉(zhuǎn)換率數(shù)據(jù)等替代CH3OH 0.99 CO + 1.98 2H2 +0.01 CH3OHCO + 0.99 H2O 0.99 CO2 + 0.99 H2+ 0.01 CO合并得到CH3OH + 0.9801 H2O 0.9801 CO2 + 2.9601 H2 + 0.01 CH3OH+ 0.0099 CO氫氣產(chǎn)量為：2900 m/h=129.464 kmol/h甲醇進(jìn)料量為：129.464/2.9601 * 32=1399.564 kg/h進(jìn)水量為：129.464/2.9601*1.5*181180.882 kg/h（3）原料儲(chǔ)罐（V0101）輸入：甲醇 1399.564 kg/h，水 1

5、180.882 kg/h。輸出：甲醇 1399.564 kg/h，水 1180.882 kg/h。(4) 熱交換器(E0101)、汽化塔(T0101)、過熱器(E0102)沒有物流變化(5) 轉(zhuǎn)換器 (R0101)在：甲醇 1399.564 kg/h，水 1180.882 kg/h，總計(jì) 2580.446 kg/h輸出：產(chǎn)生 CO2 129.464/2.9601 * 0.9801 * 44=1886.104 kg/hH2 129.464/2.9601 * 2.9601 * 2=258.928 公斤/小時(shí)一氧化碳 129.464/2.9602 * 0.0099 * 28=12.124 公斤/小時(shí)

6、剩余甲醇 129.464/2.9601 * 0.01 * 32=13.996kg/h剩余水量 1180.882- 129.464/2.9601 * 0.9801 * 18 = 409.294 kg/h總計(jì) 2580.446 公斤/小時(shí)(6) 吸收分析塔吸收塔總壓1.5Mpa，CO2分壓0.38Mpa，操作溫度為常溫（25）。此時(shí)每m吸收液可溶解CO2 11.77 m。解吸塔的操作壓力為0.1MPa，CO2溶解度為2.32，則吸收塔的吸收能力為：11.77-2.32=9.45CO2 = pM /RT =4 * 44/0.082 * (273.15 + 25) =7.20 kg/m 在0.4MPa

7、壓力下CO2 體積重量 V CO2 =1886.104/7.20 =261.959 m/h因此，所需的吸收液量為 261.959/9.45 = 27.721 m/h考慮吸收塔的效率和操作的靈活性，吸收液量為27.721 * 3=83.163 m/h當(dāng)系統(tǒng)壓力降至0.1MPa時(shí)，CO2釋放量為261.959 m/h = 1886.104 kg/h(7) PSA系統(tǒng)省略。(8) 各節(jié)點(diǎn)材料數(shù)量根據(jù)上述工藝材料常數(shù)計(jì)算結(jié)果，給出了各節(jié)點(diǎn)的材料流程圖和材料數(shù)量。1.1.2卡路里計(jì)算1）氣化塔頂部溫度的確定為使甲醇完全汽化，其氣相分?jǐn)?shù)必須為甲醇 40%，水 60%（mol），已知操作壓力為 1.5MPa

8、，溫度設(shè)定為 T，根據(jù)氣液平衡關(guān)系：0.4p 甲醇 + 0.6p 水 = 1.5MPa初設(shè)T=170 p甲醇=2.19MPa； p水=0.824MPaptotal=1.3704MPa 1.5MPa則設(shè)T=175 p甲醇=2.4MPA； p水0.93MPaptotal=1.51MPa蒸氣壓與總壓基本相同?？梢哉J(rèn)為，當(dāng)操作壓力為1.5MPa時(shí)，汽化塔頂部溫度為1752) 轉(zhuǎn)換器 (R0101)兩步反應(yīng)的總反應(yīng)熱為49.66 kj/mol，因此轉(zhuǎn)爐所需的總熱量為：Q反應(yīng)=337.826*0.99/32*1000*(-49.66)=-5.190*10 5 kj/h這種熱量是由導(dǎo)熱油系統(tǒng)帶來的。反應(yīng)溫度

9、為280。導(dǎo)熱油溫度可選320，導(dǎo)熱油溫降設(shè)定為5。從手冊(cè)上查看導(dǎo)熱油的物理參數(shù)，例如一定的壓力和熱容量。作為溫度的函數(shù)，我們可以得到：Cp320=4.1868*0.68=2.85 kj/(kgK), Cp300=2.81 kj/(kgK)取平均值Cp=2.83 kj/(kgK)那么導(dǎo)熱油量w=Q反應(yīng)/(Cpt)= 5.190*10 5 / (2.83*5)=3.668*10 4 kg/h3) 過熱器 (E0102)甲醇和水的飽和正極氣體在過熱器中從175過熱到280，該熱量由導(dǎo)熱油提供。加熱氣體所需的熱量為：Q=Cp mt=(1.90*337.828+4.82*285.042)*(280-1

10、75)=2.117*10 5 kj/h導(dǎo)熱油Cp=2.825 kj/(kgK)，故其溫度降低至t=Q/(Cp m)= 2.117 * 10 5 /(2.86 * 3.668*10 4 )=2.042導(dǎo)熱油出口溫度為：315-2.042=312.9584）汽化塔（T0101）認(rèn)為在汽化塔中只有潛熱發(fā)生變化。175甲醇 H=727.2 kj/kg 水 H=2031 kj/kgQ=337.828 *727.2 +2031*285.042=8.246*10 5 kj/h以300導(dǎo)熱油Cp計(jì)算Cp=2.76 kj/(kgK)t=Q/(Cp m)=2.36*10 6 /2.76*3.668*10 4 )=

11、8.145則導(dǎo)熱油出口溫度t 2 =312.958-8.145=304.812導(dǎo)熱油系統(tǒng)溫差T=320-304.812=15.2，基本適合5) 熱交換器 (E0101)殼程：甲醇和水的液體混合物從常溫（25C）上升到175C加熱液體混合物所需的熱量Q=cpmt=(337.828*3.14 + 285.042 *4.30)*(175-25)=3.430*10 5 kj/h管道：取各種氣體在恒壓下的比熱容為：CpCO 2 10.47 kj/(kgK)CPH 2 14.65 kj/(kgK)CPH 2 0 4.19 kj/(kgK)那么管過程中反應(yīng)后體混合物的溫度變化為：t=Q/(Cp * m)=

12、3.430*10 5 /(10.47*455.267+14.65*62.5+4.19*98.8)= 56.264換熱器出口溫度280-56.264=223.736(6) 冷凝器 (E0103)CO 2 、CO 、H2 冷卻Q 1 =cpmt=(10.47*41886.104+14.65*258.928+4.19*12.124)*(223.736-40)=4.335*10 6 kJ/h壓力為1.5MPa時(shí)水的冷凝熱為：H=2135kj/kg，總冷凝熱Q 2 =H * m=2135 *409.294=8.74*10 5 kJ/h水顯熱變化Q 3 =cpmt=4.19*409.294*(223.73

13、6-40)=3.15*10 5 kj/hQ= Q 1 + Q 2 + Q 3 =5.524*10 6 kJ/h當(dāng)冷卻介質(zhì)為循環(huán)水時(shí)，只使用中溫冷卻水塔，則溫差T=10耗水量 w=Q/(cpt)= 5.524*10 6 /(4.19*10)=1.318*10 5 kg/h第三章機(jī)器選型3.1 計(jì)量泵的選擇往復(fù)泵是容積泵。在高壓、小流量的情況下，以及需要精確計(jì)量的高粘度液體，即流量隨壓力變化較小時(shí)，應(yīng)選用各種型號(hào)的往復(fù)泵。當(dāng)需要精確計(jì)量時(shí)，使用計(jì)量泵。 往復(fù)泵的流量可以通過各種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，即計(jì)量泵來精確測(cè)量。計(jì)量泵用于生產(chǎn)和輸送介質(zhì)需要精確計(jì)量的場(chǎng)合：如注入緩蝕劑，輸送酸、堿等。流量可在0-100%

14、范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，但一般應(yīng)在 30%-100% 范圍內(nèi)使用。計(jì)量泵有柱塞式和隔膜式。柱塞式計(jì)量流量精度高。 J型計(jì)量泵適用于輸送不含固體顆粒的各種腐蝕性和非腐蝕性介質(zhì)。 甲醇制氫過程需要準(zhǔn)確的進(jìn)料比，因此應(yīng)選擇計(jì)量泵。目前工藝設(shè)計(jì)要求甲醇的進(jìn)料量為337.826kg/h，水的進(jìn)料量為285.041kg/h?，F(xiàn)根據(jù)工藝要求，選用甲醇計(jì)量泵一臺(tái)、純水計(jì)量泵一臺(tái)、原料計(jì)量泵一臺(tái)。已知條件：1、甲醇的正常進(jìn)料量為337.826 kg/h，溫度為25，密度為0.807 kg/h。工況為泵從甲醇儲(chǔ)罐中吸入甲醇，送入原料液儲(chǔ)罐，與水混合。2、正常進(jìn)水量285.041kg/h，溫度25，密度0.997kg/h。運(yùn)行

15、條件為泵從純水儲(chǔ)罐中吸水，送入原料液儲(chǔ)罐，與甲醇混合。3、原料液儲(chǔ)罐出量甲醇337.826kg/h，水285.041kg/h，溫度25。運(yùn)行條件為泵從原料液儲(chǔ)罐中吸入原料液，送至換熱器。3.11 甲醇計(jì)量泵的選擇工藝所需的正常體積流量為：1399.564/0.807 = 1734.280 L/h泵流量 Q = 1.05 * 1734.280 = 1820.994 L/h該工藝所需的揚(yáng)程估計(jì)為30 m，泵的揚(yáng)程為H = 1.1 * 30 = 33 m。換算成計(jì)量泵的壓力（泵的升壓） P=Hg=0.807 * 8.81*10-3 * 33 =0.261 Mpa泵的選擇，查閱文獻(xiàn)1.JZ-1000/

16、0.32計(jì)量泵流量1000L/h，壓力0.32Mpa，轉(zhuǎn)速126r/min，進(jìn)出口管徑24mm ，電機(jī)功率1.1KW，滿足需要。 .3.1.2純水計(jì)量泵的選擇工藝所需的正常體積流量為：1180.882/0.997=1184.435L/h泵流量 Q=1.05 * 1184.435 = 1243.657 L/h。工藝估算所需揚(yáng)程為30M，泵的揚(yáng)程：H=1.1*30=33M換算成泵壓力：P=Hg=33 * 997 * 9.81/10 6 = 0.323 Mpa泵的選型：查資料1，JZ-630/0.5計(jì)量泵流量630L/h，壓力0.5Mpa，轉(zhuǎn)速126r/min，進(jìn)出口管徑24mm，電機(jī)功率為1.1K

17、W，滿足要求。3.1.3原料計(jì)量泵的選擇原料液密度：=807*1/(1+1.5)+997*1.5/(1+1.5)=921kg/m 3工藝所需的正常體積流量為：(1399.564+1180.882)/(0.921)=2801.79 L/h泵流量Q=1.05*2801.79=2941.88 L/h工藝估算需要的揚(yáng)程為80M，泵的揚(yáng)程為H=1.1*80 = 88M換算成泵壓力P=Hg=88*921*9.81/10 6 = 0.795 MPa泵的選型見文獻(xiàn)1。JD-1000/1.3計(jì)量泵流量1000L/h，壓力1.3MPa，轉(zhuǎn)速115r/min，電機(jī)功率2.2KW , 滿足要求。3.2 離心泵的選擇3

18、.2.1吸收劑循環(huán)泵已知條件：碳酸亞丙酯吸收劑投加量80.29 m 3 /h，溫度40，密度1100 kg/m 3 ，吸收塔出口抽至吸收塔，離心泵被選為吸收劑泵的輸送。該工藝所需的正常體積流量為：80.29m 3 /h。泵流量Q=1.05*80.29=84.304 m 3 /h流程估計(jì)需要的lift是30M泵頭H=1.1*30=33M泵的選型：查資料1，選用IS型單級(jí)離心泵，IS100-65-200型離心泵，流量100m 3 /h，揚(yáng)程50m，轉(zhuǎn)速2900r/min，電機(jī)功率17.9KW，符合要求。3.2.2冷卻水泵。已知條件：冷凝水為循環(huán)水，采用中溫冷水塔，溫差T=10，耗水量3.19*11

19、80.882kg/h，室溫25，密度為997kg/m3，在冷凝器中進(jìn)行熱交換。 ，采用B型單級(jí)離心泵。工藝所需的正常體積流量為3.19*1180.882/997=32m 3 /h泵流量：Q=1.05*32=33.6m 3 /h流程估計(jì)需要的lift是30M泵頭H=1.1*30=33M泵的選型：查資料1，選用B型單級(jí)離心泵BJ(B)50-40型離心泵，流量50m 3 /h，揚(yáng)程42m，轉(zhuǎn)速2950r/min，電機(jī)功率10KW，符合要求第四章設(shè)備布局設(shè)計(jì)4.1 設(shè)備布置圖在本設(shè)備布置方案中，設(shè)備布置在室外。具體設(shè)備布置圖及尺寸見設(shè)備布置圖，比例為1：100。4.2 主要設(shè)備尺寸代碼姓名高度毫米直徑

20、毫米V0101甲醇儲(chǔ)罐12002000V0102純水儲(chǔ)罐12002000V0103原料液儲(chǔ)罐18002000T0101氣化塔6600800T0102吸收塔66002000T0103分析塔66002000R0101轉(zhuǎn)換器E0101預(yù)熱器4505500E0102過熱器E0103冷凝器計(jì)量泵代碼流量 L/h壓力兆帕轉(zhuǎn)速 r/min電機(jī)功率KW甲醇計(jì)量泵JZ-1000/0.3210000.321261.1純水計(jì)量泵JZ-630/0.56300.51261.1原料液計(jì)量泵JD-1000/1.310001.31152.2往復(fù)泵代碼流量 L/h壓力兆帕轉(zhuǎn)速 r/min電機(jī)功率吸收劑循環(huán)泵IS100-65-2

21、0010065290017.9冷卻水循環(huán)泵北京(B)50-405040295010第五章管道布置設(shè)計(jì)5.1 管材選擇（幾種主管管尺寸的確定方法如下）5.11 軟化水管徑的確定淡化水的流量為1180.882kg/h，密度為997kg/m 3 ，流量為2m/s，由V=/4*d 2 *u得到d=14.5mm按標(biāo)準(zhǔn)選用DN15無縫鋼管，壁厚取2.5mm5.1.2確定甲醇管的直徑甲醇流量為1399.564 kg/h，密度為807kg/m 3 ，流量為2m/s。同理，從 V=/4*d2 *u =8.61mm，d=22.3mm按標(biāo)準(zhǔn)選用DN25無縫鋼管，壁厚2.5MM5.1.3原料輸送管原料液量2580.4

22、46kg/h，密度921kg/m 3 ，流量2m/s。那么d=22.3mm按標(biāo)準(zhǔn)選用DN15無縫鋼管，壁厚2.5mm5.1.4確定混合氣體進(jìn)入吸收塔所需的管徑尺寸混合氣體的質(zhì)量為2157.156kg/h，密度為0.557kg/m 3 ，流量為35m/s。那么d= =197.8mm按標(biāo)準(zhǔn)選用DN100無縫鋼管，壁厚4mm5.1.5吸收管尺寸吸液量83.163 m3/h，密度110kg/m 3 ，流量2.5m/s。那么d=10.3mm按標(biāo)準(zhǔn)選用DN15無縫鋼管，壁厚2.5mm5.1.6冷卻水管尺寸冷卻水3.19*1180.882 kg/h，密度997kg/m 3 ，流量2m/s。那么d= =25.

23、8mm按標(biāo)準(zhǔn)選擇DN8-無縫鋼管，壁厚3mm5.2 主要管道工藝參數(shù)匯總表序列號(hào)管號(hào)管狀介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力 MPa設(shè)計(jì)溫度C管規(guī)格材料1DN0101-15L1B淡化水0.350202DN0102-15L1B淡化水0.350203PL0101-20L1B甲醇0.350204PL0102-20L1B甲醇0.350205PL0103-25L1B原材料0.350206PL0104-25L1B原材料1.650207PL0105-25L1B原材料1.6175208PG0101-225N1B原料氣1.6175209PG0102-225N1B原料氣1.62802010PG0103-225N1B原料氣1.628020

24、11PG0104-225N1B原材料1.62252012PG0105-225N1B原料氣1.6502013H0101-100N1B氫1.6502014PL0106-20N1B碳酸丙烯酯1.65502015PL0107-20N1B碳酸丙烯酯1.65502016PL0108-20N1B碳酸丙烯酯1.65502017PG0106-80N1B食物二氧化碳0.4500Cr18Ni9Ti18R00101-125L1B導(dǎo)熱油0.63202019R00102-125L1B導(dǎo)熱油0.63202020R00103-125L1B導(dǎo)熱油0.632020二十一R00104-125L1B導(dǎo)熱油0.632020二十二CWS

25、0101-30L1B冷卻水0.350鍍鋅管23CWR0101-30L1B冷卻水0.350鍍鋅管（表 5-1）以上20號(hào)鋼軍參考GB/T8163-19990Cr18Ni9Ti 參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T14976鍍鋅管參照GB/T149765.3 管道上閥門的選擇序列號(hào)管號(hào)設(shè)計(jì)壓力 MPa公稱直徑DN/MM連接類型閥門型號(hào)1DN0101-15L1B0.315法蘭閘閥 Z15W-1.0T2DN0102-15L1B0.315法蘭、螺紋閘閥 Z15W-1.0T3PL0101-20L1B0.320法蘭Z20W-1.0K4PL0102-20L1B0.320法蘭、螺紋Z20W-1.0K5PL0103-25L1B0.3

26、25法蘭Z25W-1.0OK6PL0104-25L1B1.625法蘭、螺紋Z15W-1.0K7PL0106-20N1B1.6520法蘭、螺紋Z15W-1.0T8PL0108-20N1B1.6520法蘭Z15W-1.0T9R00101-125L1B0.6125法蘭Z41H-1.6C10R00104-125L1B0.6125法蘭Z41H-1.6C11CWS0101-80L1B0.380法蘭Z15W-1.0T12CWE0101-80L1B0.380法蘭Z15W-1.0T13H0101-100N1B1.6100法蘭Z41H-1.6C14PG0106-80N1B0.480法蘭Z41H-1.6C（表 5-

27、2）選用閥門軍參考標(biāo)準(zhǔn)308-755.4 管件的選擇彎頭采用90彎頭，參考1，彎頭曲率半徑R=1.5 D0，D0為外管。管件和彎頭通過焊接連接。管件與氣缸的連接方式為法蘭連接，見標(biāo)準(zhǔn)HG20595。管道法蘭、墊片、緊固件的選擇，請(qǐng)參考文獻(xiàn)1，P1895.5 管道布局選擇該區(qū)域的中上部區(qū)域布置管線。具體管線布置見JQ11-032管線布置圖。包含的設(shè)備有P0101、P0102、P0103、E0101、V0101管線及支架的詳細(xì)情況請(qǐng)參考管線布置圖（詳見參考文獻(xiàn)1）5.6 管道空視圖選擇兩個(gè)管道：PL0104-15L1B 和 PL0105-15L1B 作為管道空視圖。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱空視圖。5.

28、7 法蘭選擇法蘭的選擇主要根據(jù)工作壓力、管道外徑等參數(shù)?，F(xiàn)將主要管道法蘭列舉如下：管號(hào)管狀介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力公稱通徑閥門公稱壓力等級(jí) (MPa)法蘭類型密封面形式公稱壓力等級(jí)（MPa）H0101-100N1B氧1.61002.5帶頸平焊凹凸面2.5PG0101-225N1B原料氣1.62252.5帶頸平焊凹凸面2.5PG0102-100N1B原料氣1.62254.0帶頸平焊凹凸面4.0PG0103-100N1B氫氣 10%1.62254.0帶頸平焊凹凸面4.0PG0104-100N1B二氧化碳 73%1.62254.0帶頸平焊凹凸面4.0PG0105-100N1B水 17%1.62252.5帶頸平焊

29、凹凸面2.5PG0106-80N1B食物二氧化碳0.4801.6帶頸平焊凹凸面1.6R00101-125L1B導(dǎo)熱油0.61251.6帶頸平焊凹凸面1.6R00104-125L1B導(dǎo)熱油0.61251.6帶頸平焊凹凸面1.6PL0101-15L1B甲醇0.3201.6帶頸平焊凹凸面1.6PL0102-15L1B甲醇0.3201.6帶頸平焊凹凸面1.6PL0103-15L1B原材料0.3252.5帶頸平焊凹凸面1.6PL0104-15L1B原材料1.6252.5帶頸平焊凹凸面2.5PL0106-20N1B吸收劑1.65202.5帶頸平焊凹凸面2.5PL0107-20N1B吸收劑1.65202.5

30、帶頸平焊凹凸面2.5PL0108-20N1B吸收劑1.65202.5帶頸平焊凹凸面2.5DN0101-20L1B淡化水0.3151.0帶頸平焊凸的1.0DN0102-20L1B淡化水0.3151.0帶頸平焊凸的1.0CWS0101-80L1B冷卻水0.3301.0帶頸平焊凸的1.0CWR0101-80L1B冷卻水0.3301.0帶頸平焊凸的1.0（表 5-3）5.8 氣缸絕緣材料清單序列號(hào)管號(hào)設(shè)計(jì)溫度C絕緣層厚度 mm絕緣材料1DN0101-15L1B5080巖棉2DN0102-15L1B5080巖棉3PL0101-20L1B5080巖棉4PL0102-20L1B5080巖棉5PL0103-2

31、5L1B5080巖棉6PL0104-25L1B5080巖棉7PL0105-25L1B175100巖棉8PL0106-20L1B5080巖棉9PL0107-20L1B5080巖棉10PL0108-20L1B5080巖棉11PG0101-225N1B175100巖棉12PG0102-225N1B280100巖棉13PG0103-225N1B280100巖棉14PG0104-225N1B225100巖棉15PG0105-225N1B5080巖棉16H0101-1001B5080巖棉17PG0106-80N1B5080巖棉18R00101-125L1B320100巖棉19R00102-125L1B32

32、0100巖棉20R00103-125L1B320100巖棉二十一R00104-125L1B320100巖棉二十二CWS0101-80L1B5080巖棉23CWR0101-80L1B5080巖棉（表 5-4）5.9 管道和儀表流程圖管道儀表流程圖有以下說明：圖中未顯示甲醇儲(chǔ)罐供水罐、冷卻水泵、水泵。本章補(bǔ)充說明：本章部分?jǐn)?shù)據(jù)是根據(jù)本組其他同學(xué)的設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)，而汽化器、分析塔和另外兩臺(tái)換熱器的相關(guān)數(shù)據(jù)是通過推力假設(shè)得到的。第六章自動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)6.1 選擇單參數(shù)自動(dòng)控制方案本組選擇溫度作為控制系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇E0101換熱器出來的氣體溫度作為控制系數(shù)，冷卻水的流量作為調(diào)節(jié)參數(shù)。首先，從被測(cè)點(diǎn)測(cè)得的

33、溫度通過測(cè)量元件和變送器，將測(cè)量值與種植進(jìn)行比較，然后通過調(diào)節(jié)器讀取執(zhí)行器執(zhí)行一些動(dòng)作來調(diào)節(jié)冷卻水的流量以達(dá)到便于從換熱器出來的氣體達(dá)到穩(wěn)定的溫度值，有效控制氣體溫度。6.2 換熱器溫度控制系統(tǒng)第七章工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)7.1甲醇制氫裝置投資估算7.11單位設(shè)備價(jià)格估算本套有4個(gè)儲(chǔ)罐和罐式容器，分別是甲醇儲(chǔ)罐（V0102，常溫常壓）、儲(chǔ)水罐（V0103）、原料液儲(chǔ)罐（V0101、常溫常壓）、傳熱油 (V0104)。該組有3個(gè)熱交換器和1個(gè)轉(zhuǎn)換器，分別是：熱交換器（E0101，P=1.5MPa），過熱器（E0102，P=1.5MPa），冷凝器（E0103，P=1.5MPa），轉(zhuǎn)換器（R0101，P

34、=1.5MPa)。該套設(shè)備還有3臺(tái)設(shè)備，分別是汽化塔、（T0101）吸收塔（T0102）和分析塔（T0103）。7.12總投資估算使用系數(shù)乘以該領(lǐng)域的總投資。各系數(shù)由參考文獻(xiàn)2中的表3-1核對(duì)，k 1 =1.0559,k 2 =1.2528,k 3 =1.0483,k 4 =1.0277,k 5 =1.0930,k 6 =1.0803 ,k 7 = 1.3061已知設(shè)備成本A=19.42萬元，計(jì)算結(jié)果如下設(shè)備安裝工程率 B=k 1 A設(shè)備安裝費(fèi)=BA管道流量 C=k 2 B管道費(fèi) = CB電工率 D=k 3 C電氣工程費(fèi) = DC儀器工程率 E=k 4 D儀器儀表工程費(fèi)=ED建設(shè)工程費(fèi)率 F=

35、k 5 E建設(shè)成本=FE裝置工程建設(shè)率 G=k 6 F設(shè)備工程建設(shè)成本=GF總投資H=Kt。 G7.2 總成本估算與分析外購原材料外購燃料外包電力薪水員工福利固定資產(chǎn)折舊費(fèi)用維修費(fèi)租金攤銷費(fèi)財(cái)務(wù)經(jīng)費(fèi)稅其他費(fèi)用固定和可變成本7.3甲醇制氫項(xiàng)目財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)7.3.1盈利能力分析7.3.2償付能力分析7.3.3盈虧平衡分析第 8 章 數(shù)據(jù)檢查固定管板換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算條件殼監(jiān)視器設(shè)計(jì)壓力2.0兆帕設(shè)計(jì)壓力2.0兆帕設(shè)定溫度295設(shè)定溫度320400毫米管箱筒體直徑400毫米材料名稱16MnR（正火）材料名稱16MnR（正火）草圖計(jì)算能力殼程油缸校核計(jì)算前端管箱氣缸校核計(jì)算前端管箱頭（平蓋）校核計(jì)算

36、后端管箱氣缸校核計(jì)算后端管箱頭（平蓋）校核計(jì)算膨脹節(jié)校核計(jì)算開口鋼筋設(shè)計(jì)計(jì)算管板校核計(jì)算前端管箱法蘭計(jì)算窄面整體（或松頸）法蘭計(jì)算前端管箱計(jì)算測(cè)量單位計(jì)算條件氣缸圖計(jì)算壓力Pc1.50兆帕設(shè)計(jì)溫度295.00C直徑D i400.00毫米材料16MnR(正火) (板)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力s170.00兆帕設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力s t163.56兆帕s在測(cè)試溫度下345.00兆帕鋼板負(fù)偏差C 10.00毫米腐蝕余量C 21.00毫米焊接接頭系數(shù)f0.85厚度和重量計(jì)算計(jì)算厚度d = = 2.71毫米有效厚度d e = d n - C 1 - C 2 = 5.00毫米標(biāo)稱厚度d n = 6.00毫米重量8.9

37、8公斤壓力測(cè)試期間的壓力檢查壓力測(cè)試類型液壓測(cè)試測(cè)試壓力值P T = 1.25 P = 1.9488 （或用戶輸入）兆帕壓力測(cè)試內(nèi)容通過應(yīng)力水平s T s T 0.90 s s = 310.50兆帕在測(cè)試壓力下氣缸應(yīng)力s T = = 115.78兆帕檢查條件s T s T檢查結(jié)果合格的壓力和應(yīng)力計(jì)算最大內(nèi)容工作壓力 P w = = 2.75299兆帕設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力s t = = 75.75兆帕s t f139.03兆帕檢查條件s t f s t綜上所述圓柱體公稱厚度大于或等于GB151規(guī)定的最小厚度6.00mm，合格前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算條件橢圓頭示意圖計(jì)算壓力Pc1.50兆帕設(shè)計(jì)溫度32

38、0.00C直徑D i400.00毫米表面高度hi125.00毫米材料16MnR(正火)(板)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力s170.00兆帕設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力s t163.56兆帕鋼板負(fù)偏差C 10.00毫米腐蝕余量C 21.00毫米焊接接頭系數(shù)f0.85厚度和重量計(jì)算形狀因子K = 1.0000 _計(jì)算厚度d = = 2.70毫米有效厚度d e = d n - C 1 - C 2 = 5.00毫米最小厚度dmin = 0.75 _毫米標(biāo)稱厚度d n = 6.00毫米綜上所述滿足最小厚度要求重量14.58公斤壓力計(jì)算最大內(nèi)容工作壓力 P w = = 2.76669兆帕綜上所述合格的后端管箱的計(jì)算測(cè)量單位計(jì)算條

39、件氣缸圖計(jì)算壓力Pc1.50兆帕設(shè)計(jì)溫度295.00C直徑D i400.00毫米材料16MnR(正火) (板)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力s170.00兆帕設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力s t163.56兆帕s在測(cè)試溫度下345.00兆帕鋼板負(fù)偏差C 10.00毫米腐蝕余量C 21.00毫米焊接接頭系數(shù)f0.85厚度和重量計(jì)算計(jì)算厚度d = = 2.71毫米有效厚度d e = d n - C 1 - C 2 = 5.00毫米標(biāo)稱厚度d n = 6.00毫米重量29.95公斤壓力測(cè)試期間的壓力檢查壓力測(cè)試類型液壓測(cè)試測(cè)試壓力值P T = 1.25 P = 1.9488 （或用戶輸入）兆帕壓力測(cè)試內(nèi)容通過應(yīng)力水平s T s

40、 T 0.90 s s = 310.50兆帕在測(cè)試壓力下氣缸應(yīng)力s T = = 115.78兆帕檢查條件s T s T檢查結(jié)果合格的壓力和應(yīng)力計(jì)算最大內(nèi)容工作壓力 P w = = 2.75299兆帕設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力s t = = 75.75兆帕s t f139.03兆帕檢查條件s t f s t綜上所述圓柱體公稱厚度大于或等于GB151規(guī)定的最小厚度6.00mm，合格后端管箱封頭計(jì)算計(jì)算條件橢圓頭示意圖計(jì)算壓力Pc1.50兆帕設(shè)計(jì)溫度295.00C直徑D i400.00毫米表面高度hi125.00毫米材料16MnR(正火)(板)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力s170.00兆帕設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力s t163

41、.56兆帕鋼板負(fù)偏差C 10.00毫米腐蝕余量C 21.00毫米焊接接頭系數(shù)f0.85厚度和重量計(jì)算形狀因子K = 1.0000 _計(jì)算厚度d = = 2.70毫米有效厚度d e = d n - C 1 - C 2 = 5.00毫米最小厚度dmin = 0.75 _毫米標(biāo)稱厚度d n = 6.00毫米綜上所述滿足最小厚度要求重量14.58公斤壓力計(jì)算最大內(nèi)容工作壓力 P w = = 2.76669兆帕綜上所述合格的殼程油缸計(jì)算測(cè)量單位計(jì)算條件氣缸圖計(jì)算壓力Pc1.50兆帕設(shè)計(jì)溫度320.00C直徑D i400.00毫米材料16MnR(正火) (板)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力s170.00兆帕設(shè)計(jì)溫度許用

42、應(yīng)力s t170.00兆帕s在測(cè)試溫度下345.00兆帕鋼板負(fù)偏差C 10.00毫米腐蝕余量C 21.00毫米焊接接頭系數(shù)f0.85厚度和重量計(jì)算計(jì)算厚度d = = 0.17毫米有效厚度d e = d n - C 1 - C 2 = 5.00毫米標(biāo)稱厚度d n = 6.00毫米重量336.92公斤壓力測(cè)試期間的壓力檢查壓力測(cè)試類型液壓測(cè)試測(cè)試壓力值P T = 1.25 P = 1.9488 （或用戶輸入）兆帕壓力測(cè)試內(nèi)容通過應(yīng)力水平s T s T 0.90 s s = 310.50兆帕在測(cè)試壓力下氣缸應(yīng)力s T = = 7.43兆帕檢查條件s T s T檢查結(jié)果合格的壓力和應(yīng)力計(jì)算最大內(nèi)容工作

43、壓力 P w = = 2.86139兆帕設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力s t = = 5.05兆帕s t f144.50兆帕檢查條件s t f s t綜上所述圓柱體公稱厚度大于或等于GB151規(guī)定的最小厚度6.00mm，合格U型膨脹節(jié)計(jì)算條件草圖設(shè)計(jì)壓力1.50兆帕設(shè)計(jì)壓力兆帕設(shè)計(jì)溫度320.00C0第二次評(píng)價(jià)海浪材料16MnR（正火）圖案腐蝕余量1.00毫米管子許用應(yīng)力170.00兆帕直的室溫彈性模量2.058e+05兆帕邊設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量2.052e+05兆帕部分設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)337.50兆帕較低工作溫度下的彈性模量E bc兆帕最高工作溫度下的彈性模量E bH兆帕幾何學(xué)帶波紋直徑的直邊= 5

44、00.00毫米波長(zhǎng)W = 200.00毫米直線段長(zhǎng)度= 20.00毫米波紋管層數(shù)m = 1波高h(yuǎn) = 120.00毫米波數(shù)n = 8成型前一層的標(biāo)稱厚度= 6.00毫米成型前一層的有效厚度= 5.00毫米波紋管直邊段平均直徑D b + mS = 506.00毫米加強(qiáng)圈有效厚度=毫米加強(qiáng)環(huán)平均直徑D C = D b +2 mS + S C =毫米加強(qiáng)圈彈性模量E c =兆帕加強(qiáng)圈材料加強(qiáng)圈長(zhǎng)度L C =毫米波紋管平均直徑D mD m = + h = 632.00毫米一層波紋管成型后的SP5.00毫米系數(shù)計(jì)算系數(shù)0.24（當(dāng)時(shí)，拿）T f疲勞壽命在室溫= 1修正系數(shù)橫坐標(biāo)值0.83右縱坐標(biāo)曲線值1

45、.71系數(shù)根據(jù)圖6-2 ： 0.35系數(shù)根據(jù)圖6-3 ： 0.48系數(shù)根據(jù)圖6-4 ： 1.46剛度和位移計(jì)算一波軸向剛度57679.61牛/毫米整體軸向剛度28839.81牛/毫米軸向力FF = 152940.99波的軸向位移e= F/K =2.65毫米應(yīng)力計(jì)算內(nèi)容值直邊圓周方向電影壓力1.03170.00兆帕壓力周向加強(qiáng)環(huán)薄膜應(yīng)力_170.00兆帕回答力量波紋管圓周電影壓力3.57170.00兆帕波紋管翹曲電影壓力1.20170.00兆帕波紋管翹曲彎曲應(yīng)力9.96兆帕軸向波紋管翹曲電影壓力11.90兆帕少量轉(zhuǎn)移波紋管翹曲應(yīng)力259.89兆帕團(tuán)體計(jì)算11.16506.25兆帕結(jié)合計(jì)算271.

46、78兆帕回答力量計(jì)算所有組合的最大值279.59675.00兆帕疲勞壽命檢查對(duì)于奧氏體不銹鋼膨脹節(jié)，當(dāng)時(shí)需要進(jìn)行疲勞檢查。疲勞壽命安全系數(shù)（根據(jù)GB151-1999 ， n f 15 ）檢查條件平面屈曲應(yīng)力= 1.88兆帕P=Ps平面屈曲壓力校核通過延伸部分兼作法蘭管板設(shè)計(jì)計(jì)算條件草圖設(shè)計(jì)壓力p s2.0兆帕設(shè)計(jì)溫度T s320平均金屬溫度ts280組裝溫度t 015殼材料名稱16MnR（正火）設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 s t170兆帕程序平均金屬溫度下的彈性模量E s2.058e+05兆帕在平均金屬溫度下1.094e-05毫米/毫米圓形的殼程缸徑D i500毫米6毫米5毫米圓柱法蘭設(shè)計(jì)溫度下的彈

47、性模量2.052e+05兆帕殼程圓柱直徑截面積A= 0.25 pD i 21.963e+05毫米2殼程筒體金屬截面積A s =pd s ( D i +d s )7933毫米2管子設(shè)計(jì)壓力p t1.5兆帕盒子設(shè)計(jì)溫度T t200圓形的材料名稱16MnR（正火）圓柱彈性模量E h1.932e+05兆帕厚度（管箱為高頸法蘭，取法蘭頸大、小端的平均值） d h17毫米管箱筒體有效d16毫米管箱法蘭設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量1.932e+05兆帕材料名稱20g（正火）改變平均管溫t132設(shè)計(jì)溫度下管材的許用應(yīng)力117兆帕設(shè)計(jì)溫度下管材的屈服應(yīng)力186.8兆帕熱的設(shè)計(jì)溫度下管材的彈性模量1.846e+05兆帕平

48、均金屬溫度下管材的彈性模量1.897e+05兆帕平均金屬溫度下管材的熱膨脹系數(shù)1.175e-05毫米/毫米管子管外徑d25毫米管壁厚d t2毫米管數(shù)n104換熱管中心距S32毫米改變管道的金屬橫截面積144.5毫米2換熱管長(zhǎng)度L2000毫米管子有效長(zhǎng)度（兩管板間距） L1900毫米管束模數(shù)=2044兆帕管回轉(zhuǎn)半徑8.162毫米熱的受壓管子的等效長(zhǎng)度1900毫米系數(shù)C r =139.7比率539.1管道穩(wěn)定許用壓應(yīng)力( ) =3.135兆帕管子管道穩(wěn)定許用壓應(yīng)力( ) =兆帕材料名稱16MnR（正火）設(shè)定溫度200管子設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力144.5兆帕設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量1.932e+05兆帕管

49、板腐蝕裕量C 22毫米管板輸入厚度d n50毫米計(jì)算的管板厚度d46毫米槽（包括拉桿面積和假管面積） A d30毫米2盤子管板強(qiáng)度減弱系數(shù)h0.4管板剛度減弱系數(shù)m0.4管道加固系數(shù)K2.756管板和管連接類型焊接管板與管脹（焊接）高度l3.5毫米膨脹節(jié)的內(nèi)容拉斷應(yīng)力q兆帕焊接許用拉應(yīng)力q58.51兆帕管子材料名稱16MnR（正火）管箱法蘭厚度38毫米法蘭外徑640毫米盒子基本法蘭力矩2.14e+07Nmm管側(cè)壓力工況下的法蘭力1.795e+07Nmm法蘭寬度70毫米法律比率0.032比率0.076系數(shù)（按d h / D i , d / D i ，查圖25）0.00蘭花系數(shù)w” （按d h /

50、 D i , d / D i ，查圖26）0.006061旋轉(zhuǎn)剛度111.5兆帕材料名稱16MnR（正火）殼外殼法蘭厚度50毫米法蘭外徑640毫米身體法蘭寬度70毫米比率0.01法律比率0.1系數(shù)，根據(jù)d h / D i , d / D i ，查圖250.00蘭花系數(shù)，根據(jù)d h / D i ，d / D i ，查圖260.0007144旋轉(zhuǎn)剛度45.86兆帕法蘭外徑與外徑比1.28殼法蘭應(yīng)力系數(shù)Y （按K表9-5檢查）8.005轉(zhuǎn)動(dòng)剛度無量綱參數(shù)0.01762膨脹節(jié)的整體軸向剛度2.884e+04牛/毫米管板一階彎矩系數(shù)（按、查圖27）0.2201領(lǐng)帶系數(shù)4.531系數(shù)（查圖29 ）1.74

51、2不帶膨脹節(jié)的換熱管束與殼體剛度之比2.754數(shù)字帶膨脹節(jié)的換熱管束與殼體剛度之比38.19管板二次彎矩系數(shù)（按K、Q或校核圖28(a)或(b)）31.18系數(shù)（用膨脹節(jié)代替Q ）0.0009999數(shù)數(shù)系數(shù)（ K 、 Q或Q ex參見圖30 ）0.03158法蘭力矩減小系數(shù)0.3582管板邊矩變化系數(shù)1.3計(jì)算法蘭力矩變化系數(shù)0.5345管子管板孔徑面積A - 0.25 npd 21.158e+05毫米2盤子參管板布置區(qū)（三角管道）（方管）1.455e+05毫米2數(shù)字管板布置區(qū)等效直徑430.4毫米系數(shù)0.59領(lǐng)帶系數(shù)0.2046數(shù)字系數(shù)4.218數(shù)數(shù)系數(shù)（用膨脹節(jié)代替Q ）66.22計(jì)算管板

52、布置面積當(dāng)量直徑與殼體直徑之比0.8607管板周圍未分布區(qū)域的無量綱寬度k = K0.3838僅有殼程壓力僅有殼程壓力Ps作用下的危險(xiǎn)組合工況 (Pt = 0)不計(jì)溫差應(yīng)力計(jì)溫差應(yīng)力 換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差 =(t-t)-(t-t)0.00.001266 當(dāng)量壓力組合 0.10.1MPa 有效壓力組合 0.421849.55MPa基本法蘭力矩系數(shù) 0.87610.007457 管板邊緣力矩系數(shù)0.87740.008757管板邊緣剪力系數(shù) 3.9760.03968管板總彎矩系數(shù) 24.961.402系數(shù)僅用于 時(shí)10.870.6102系數(shù) 當(dāng) 時(shí),按K和m 查圖31(a)實(shí)線當(dāng) 時(shí),按K和

53、m 查圖31（b）26.531.254系數(shù) 0 ,=, 0, = ; 6.4mm b =2.53b 0 6.4mm D G = D外- 2 b螺栓力計(jì)算預(yù)緊力下所需的最小螺栓載荷W aW a = bD G y = 594540.0工作條件下的W pW p = F p + F = 467778.3所需的總螺栓橫截面積A mA m = 最大值 ( A p , A a ) = 3033.4毫米2實(shí)際總螺栓橫截面積A bA b = 5637.6 _毫米2扭矩計(jì)算抓住F D = 0.785pc _= 294375.0L D = L A + 0.5 1= 39.0毫米M D = F D L D= 1148

54、0625.0N.mm _ _做F G = F p= 139274.8L G = 0.5 ( D b - D G )= 36.0毫米M G = F G L G= 5013968.5N.mm _ _Mp _F T = F - F D= 33891.8L T =0.5( L A + d 1 + L G )= 43.0毫米M T = F T L T= 1457356.4N.mm _ _外壓： M p = F D ( L D - L G ) + F T ( L T - L G )；壓力： M p = M D + M G + M T M p = 17951950.0N.mm _ _預(yù)緊力_W = 8497

55、51.6L G = 36.0毫米M a = WLG= N.mm _ _計(jì)算力矩M o = M p和M o = 28151996.0N.mm _ _螺栓間距檢查實(shí)際間距= 78.5毫米最小間距46.0 （查GB150-98表9-3）毫米最大間距97.0毫米形狀常數(shù)測(cè)定77.46h/ho = 0.3K =做/DI = 1.2801.8從K查表9-5T = 1.806Z = 4.133Y = 8.005U = 8.797整體法蘭參見圖9-3和圖9-4F I = 0.86670V I = 0.308270.01119松套法蘭參見圖9-5和圖9-6F L = 0.00000VL = 0.00000 _0

56、.00000檢查圖9-7自由的 _f = 1.64327整體法蘭= 318301.2松動(dòng)法蘭= 0.00.2 = f e +1 = 1.43g = y/T = = 0.791.57= 0.96剪切應(yīng)力檢查計(jì)算出來的內(nèi)容值綜上所述預(yù)載狀態(tài)0.00兆帕運(yùn)行狀態(tài)0.00兆帕輸入法蘭厚度 f = 38.0 mm ，法蘭應(yīng)力校核壓力自然計(jì)算出來的內(nèi)容值綜上所述軸向壓力198.80兆帕= 216.7或= 408.9 （）檢查合格徑向壓力63.54兆帕= 144.5檢查合格切線壓力49.54兆帕= 144.5檢查合格綜合的壓力= 131.17兆帕= 144.5檢查合格法蘭檢查結(jié)果檢查合格窄面整體（或松頸）法蘭計(jì)算設(shè)計(jì)條件草圖設(shè)計(jì)壓力p1.500兆帕